(57)【要約】【課題】  従来小型電池しかもたない腕時計において、一般的に用いられている１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータは、構成はシンプルで、小さすぎるために改善できる余地が少なく、エネルギー利用効率も概ね５０％程度が限界で、更なる低消電化が困難であった。また、低消電化のためには大きなコイルが必要となるが、２つ以上のコイルを搭載した構成にすることは、時計のムーブメントの設計に課題があった。【解決手段】  ロータ、ステータとも２ｐ極（ｐは２以上の整数）の磁極とし、回転方向を決めるノッチをステータの各磁極に形成し、ロータ回転軸とは垂直方向に導線の巻軸方向を有する１つのコイルによってロータを３６０／２ｐ［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］動作させる構造とした。【選択図】図１−１
2013198247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一周あたり２ｐ極（ｐ：磁極対数であり、ｐ≧２の整数）に着磁された永久磁石よりなるロータ（１）と、
該ロータ（１）を回転自在に支持するためのロータ孔（２ａ）を有し、
該ロータ孔（２ａ）の円周方向に等間隔に形成された２ｐ極の磁極（２ｂ−ｅ）を同一平面上に有するステータ磁極部（２）と、
巻き回された導線に流す電流の方向に応じた磁極が、２つの端部（３ｂ、３ｃ）に現れるステータコイル部（３）と、
前記ステータ磁極部（２）の前記磁極（２ｂ−ｅ）のうち、１つおきの磁極同士を同極とするよう磁気的に接続し、更に、前記ステータコイル部（３）の前記２つの端部（３ｃ、３ｄ）と、それぞれ磁気的に接続するステータ接続部（４）と、を有することを特徴とするステップモータ。
【請求項２】
前記ステータ磁極部（２）、前記ステータコイル部（３）、前記ステータ接続部（４）は、
それぞれ別体で構成され、
前記ステータ磁極部（２）と前記ステータコイル部（３）は同一平面上に配置され、
前記ステータ接続部（４）は、
同一平面上に配置された前記ステータ磁極部（２）と前記ステータコイル部（３）に対し、上側もしくは下側に配置されることを特徴とする請求項１に記載のステップモータ。
【請求項３】
前記ステータ磁極部（２）の上層に、前記ステータ磁極部（２）と磁気的に接続された前記ステータコイル部（３）を配置し、
前記ステータコイル部（３）の上層に、前記ステータ接続部（４、接続路４ａ）が配置される
ことを特徴とする請求項１に記載のステップモータ。
【請求項４】
前記ステータ磁極部（２）の磁極は、スリット（２ｆ）により形成され、
非磁性体により接合されることで一体化される
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のステップモータ。
【請求項５】
前記ステータ磁極部（２）の磁極は、磁束飽和部（２ｉ）により形成される
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のステップモータ。
【請求項６】
前記ロータ（１）は、
径方向に異方性を有する２ｐ個の異方性磁石を交互に極性が異なるように円周状に結合させるとともに、結合された極性の異なる磁石間の結合部に切り欠き（１ａ）を設けた
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のステップモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロータ、ステータとも２ｐ極（ｐは２以上の整数）の磁極を有しており、ロータは１つのコイルにより駆動する駆動源、特にアナログ電子時計の指針を駆動するための駆動源として使用され、ステップ運針するための電子時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
時計用ステップモータは、ロータ、ステータとも２極の磁極を有し、ロータを１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］動作させる単相ステップモータが一般的である。例えば、特許文献１に記載があるような構成が一般的であり、ロータから秒針までの輪列減速比は１／３０で、秒針は１秒毎に６［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］のステップ運針をする。あるいは特許文献２においては、２極のロータ磁石を２つのコイルによって、９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］動作させるステップモータの構成も多く提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５３−１０７６１１号公報（第４項、第１図）
【特許文献２】特開昭５４−１３２７１０号公報（第６項、第１２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
腕時計用ステップモータにおいては、小型の電池しか搭載できないことから、従来から低消費電化と小型化は大きな課題であり、様々な検討がされてきた。一般的に知られている単相ステップモータの構成においては、わずかな電流でもトルクが得られるようにコイルの巻数を１００００ターン程度にまで増やしたり、ロータは直径２［ｍｍ］程度以下の小さな慣性量であっても磁力の強い異方性の２極磁石を用いたり、また数［ｍｓ］程度の極短時間の間だけ駆動し、あとは静止しており電力を消費しないステップ運針駆動にするなどして、極力電力消費を押さえている。更に数［ｍｓ］程度動かす際にも、極力エネルギー変換効率（過渡応答中の出力エネルギー瞬間最大値／入力エネルギー）が良くなるように、また負荷補償技術と組合せ、負荷状況に応じて最小限のエネルギーで駆動できるように、駆動パルス（幅、Ｄｕｔｙ）を制御している。しかし、この単相ステップモータの構成はシンプルで、小さすぎるために改善できる余地は少なく、エネルギー利用効率も概ね５０％程度が限界で、更なる低消電化は困難であった。
【０００５】
また、単相ステップモータの構成がシンプルすぎるために、更にコイルを２つに増やすなどしてロータの動作角度などを見直す工夫もされてきた。しかし、先述したように低消電化のためにコイルは多くの巻数が必要となるため、一般的な時計用ムーブメント中ステップモータ用のコイル体積はとても大きな割合を占めており、そのコイルを２つ以上に増やすことは難しく、製品化されているものも少ないのが現状である。
【０００６】
本発明は、上述のような問題を解決し、モータのサイズを小型に抑えながら、従来の単相ステップモータより低消電を実現する電子時計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による電子時計は、上記の目的を達成するため、以下に示す構成を採用するものである。
一周あたり２ｐ極（ｐ：磁極対数であり、ｐ≧２の整数）に着磁された永久磁石よりなるロータと、
該ロータを回転自在に支持するためのロータ孔（２ａ）を有し、
該ロータ孔の円周方向に等間隔に形成された２ｐ極の磁極を同一平面上に有するステータ磁極部と、
巻き回された導線に流す電流の方向に応じた磁極が、２つの端部に現れるステータコイル部と、
前記ステータ磁極部の前記磁極のうち、１つおきの磁極同士を同極とするよう磁気的に接続し、更に、前記ステータコイル部の前記２つの端部と、それぞれ磁気的に接続するステータ接続部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］以下の動作を行うステップモータの小型化が可能となる。また、従来の単相ステップモータよりも低消電化されたステップモータを実現する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１−１】本発明の第１実施形態の電子時計の構成を説明するステップモータの全体構成図（代表図）
【図１−２】本発明の第１実施形態の電子時計の構成を説明するステップモータのロータ周辺の拡大図
【図２】本発明の第１実施形態の電子時計の作用を説明するロータの動作シーケンス図
【図３】第１実施形態の電子時計の構成を説明するステータ磁極部の変形例
【図４−１】第１実施形態の変形例１の電子時計の構成を説明するステータ磁極部の構成図
【図４−２】第１実施形態の変形例１の電子時計のステータ磁極部と組み合わせるロータの構成図１
【図４−３】第１実施形態の変形例１の電子時計のステータ磁極部と組み合わせるロータの構成図２
【図５】第１実施形態の変形例２の電子時計の構成を説明するステップモータの全体構成図
【図６−１】本発明の第２実施形態の電子時計の構成を説明するステップモータの全体構成図
【図６−２】本発明の第２実施形態の電子時計の構成を説明するステップモータのロータ周辺の拡大図
【図７−１】ロータに作用するトルク波形図
【図７−２】ロータに作用する保持トルク波形図
【図８−１】径方向に異方性を有しており、径方向に着磁された４体の異方性磁石を結合した一体にした場合のロータの磁石周辺の磁束密度分布図
【図８−２】径方向に異方性を有しており、径方向に着磁された４体の異方性磁石を結合した一体にし、更に結合部に切り欠きを設けた場合のロータの磁石周辺の磁束密度分布図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、各実施形態について図面を用いて説明する。
［第１実施形態］
第１実施形態の電子時計について説明する。本実施形態の特徴は、以下の５つである。（１）ロータ、ステータとも４極であり、１つのコイルにより駆動されること。（２）ステータ磁極部は４個のスリットによって４個の磁極が同一平面上に形成されていること。（３）ステータ接続部は同一平面上のステータ磁極部とステータコイル部の上面又は下面に配置され、磁気的に接続していること。（４）ロータ磁石は、径方向に着磁した４体の異方性磁石を結合して一体に構成し、結合部には磁力を弱めるための切り欠きを有していること。
【００１１】
［第１実施形態の構成の説明］
第１実施形態の電子時計の構成は、図１−１、図１−２を用いて説明する。図１−１は、第１実施形態の電子時計の構成を説明するステップモータの全体構成図であり、図１−２はロータ周辺の拡大図である。図１−１の黒丸は、その箇所においてステータ磁極部とステータ接続部を接続、あるいはステータコイル部とステータ接続部を接続していることを示している。
【００１２】
本実施形態のステップモータは、一周あたり４極（磁極対数をｐとした時２ｐ極。本実施形態ではｐ＝２の場合）に着磁された永久磁石よりなるロータ１と、ロータ１を回転自在に支持するロータ孔２ａの円周方向に等間隔に形成された４個（磁極対数をｐとした時２ｐ極。本実施形態ではｐ＝２の場合）の磁極２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅを同一平面上に有する軟磁性体よりなるステータ磁極部２と、ロータ１の回転軸と垂直方向が長手方向となる棒状の軟磁性体に導線３ａを何重にも巻き回し、導線に流す電流の方向に応じた磁極が２つの端部３ｂ、３ｃに現れるステータコイル部３と、ステータ磁極部２の４個の磁極２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅのうち、向かい合う（あるいは円周方向に１つおきに形成された）磁極同士（例えば２ｂ、２ｄあるいは２ｃ、２ｅ）を同極とするよう磁気的に接続し、更にステータコイル部３の２つの端部３ｂ、３ｃと、それぞれ磁気的に接続する軟磁性体よりなるステータ接続部４と、よりなる。
【００１３】
ステータ磁極部２の４個の磁極２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅは、ロータ１と概ね同じ高さの板状の軟磁性体に形成されたロータ孔２ａの円周方向を４等分するように形成されたスリット２ｆにより絶磁されることで形成される。４個の磁極それぞれには、凹部であるノッチ２ｇが、やはりロータ孔２ａを円周方向に４等分するように形成されている。４個のスリット２ｆと４個のノッチ２ｇとは、所定の角度でなすように形成されることで、ロータの回転方向が定まる。スリット２ｆには非磁性体を挟み、レーザー溶接などにより隣り合う磁極同士が接合され、ステータ磁極部２が一体の板状の部品となるように形成されている。
【００１４】
ステータ接続部４は、同一平面上に配置されたステータ磁極部２とステータコイル部３の棒状の軟磁性体に対し、上側及び下側に配置される。ステータ磁極部２の４個の磁極２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅのうち、向かい合う２個の磁極同士（例えば２ｂ、２ｄあるいは２ｃ、２ｅ）を同極とし、ステータコイル部３の棒状の軟磁性体の２つの端部３ｂ、３ｃそれぞれに磁気的に接続するために、向かい合う２個の磁極（例えば２ｂ、２ｄ）に対して、それぞれ上側と下側に軟磁性体の磁路を配置し、ステータコイル部３の一方の端部３ｂの上側と下側と接続される。そして、もう一方のペアである向かい合う２個の磁極（例えば２ｃ、２ｅ）にもやはり上側と下側に軟磁性体の磁路を配置し、先述した磁路のペアとは絶磁状態のまま、ステータコイル部のもう一方の端部３ｃの上側と下側と接続される。ステータ接続部４同士は全て空間を介して絶磁されている。
【００１５】
ロータ１は、径方向に異方性を有しており、径方向に着磁された４体の異方性磁石の異極同士を合わせて、接着等で結合することで、外周に４極の磁極が現れるように一体に形成する。更に、４体の異方性磁石は結合部に切り欠き１ａを設け、結合部近傍における磁束密度のロータの径方向成分の変化を緩やかにし、概ね正弦波状の磁束密度分布となる
ことを特徴とする。
【００１６】
［第１実施形態の作用の説明］
次に第１実施形態の作用は、図２を用いて説明する。図２はロータの動作シーケンス図であり、上はステップモータ全体を示す図で、下はロータ周辺のみを拡大した図である。ロータに示した４つの矢印は磁石内部の磁界の方向（磁気ベクトル方向）を表しており、
矢印の先にＮ極が、元にＳ極があり、ロータの外周に４極の磁極が存在している。
【００１７】
ＳＴＥＰ１の下図にあるようにロータ１は磁極の概ね中心位置の線上Ａ−Ａよりも回転方向（反時計方向）にずれた位置（このずれ量を初期位相角としている）、つまりロータ１に作用する保持トルクがちょうどゼロとなる静的安定位置、に静止している状態から、反時計方向に９０［ｄｅｇ］動作する際の動作シーケンスを例に作用を説明する。なお、線Ａ−Ａの位置は電磁的安定位置であって、保持トルクが仮にロータ１に作用していないとした場合に、ステータコイル部３に電流を通じることでロータの回転をロックした際に、ロータ１の磁気ベクトルが向いて静止する位置を示す線である。また、ロータ１に作用する保持トルクや静的安定位置を、ＳＴＥＰ１のような任意の位置に設定する方法については後述する。
【００１８】
第１実施形態の作用として、ロータ１の動作シーケンスについて説明する。ＳＴＥＰ１の状態にあるロータ１に対して、ステータコイル部３の左端部３ｃにＮ極が、右端部３ｂにＳ極が現れるように導線３ａに通電する。この通電方向の切り替えにより、ステータコイル部３の両端に現れる磁極は切り替えることができる。ステータコイル部３によって発生した磁束は、上図に示した太い実線あるいは背面に隠れて見えない線は太い破線で示した磁路を通って、ロータ孔にある４個の磁極２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅにそれぞれ右上の磁極から時計周りにＳ、Ｎ、Ｓ、Ｎ極を生じさせ、ロータ孔２ａに磁界を発生させる。この磁界は、Ｎ極からＳ極へ向かうペクトルを有する。このベクトルの方向にロータ１の磁気ペクトルの方向が倣おうとするようにしてロータ１には反時計方向の回転トルクが発生し、ＳＴＥＰ２の状態にまでロータ１は回転する。ＳＴＥＰ２の状態は、ロータ１が概ね４５［ｄｅｇ］回転した状態を示しており、この状態で導線３ａへの通電を止めても後述するようにロータ１に作用する保持トルクによって、ロータ１は反時計方向に回転を続けようとして、ＳＴＥＰ３の状態にまで、つまり９０［ｄｅｇ］回転した位置まで、ロータ１は回転する。ＳＴＥＰ３の状態では再びロータ１は静的安定位置にあるため、減衰振動しながらやがて停止する。このようにロータ１が１ステップする挙動はロータの回転角度が半分になっているものの、１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］と同じである。
【００１９】
［第１実施形態の効果の説明］
ここで、第１実施形態の効果について説明する。本実施形態のような構成とすることにより、時計用ムーブメント中において、大きな体積を占めるステータコイル部３を２つ以上もつことなく、１つのステータコイル部３であってもロータ１を９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］動作が可能である。
【００２０】
また、本実施形態のような構成において重要な点は、ロータ１の外周にある２箇所のＮ極から発生するほとんどの磁束がステータコイル部３を鎖交し、再びロータ１の外周にある２箇所のＳ極に戻るようにステータ磁極部２とステータコイル部３とステータ接続部４を構成しているために、小さなロータ１の全体積を有効に利用していること、また一般的に時計用ムーブメントは厚みが増えないように設計されるため、ロータ１の回転軸と垂直方向にステータコイル部３の長手方向を有するようにし、出来るだけ電気抵抗を増やさずに非常に多くの導線３ａを巻き回して、ロータ１からの磁束を鎖交させていること、また更に小さな体積の多極のロータ１であっても、磁力が強く、多くの磁束を発生させる異方性磁石で構成していること、によってロータ１とステータコイル部３との間の相互作用を極力大きくなるように構成している点である。このことにより、エネルギー利用効率が改善されることで、１ステップあたりの消費電力を１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータよりも小さくすることができる。この理由、作用については後述する。
【００２１】
時計の秒針を動かす際に、１秒間に秒芯が６［ｄｅｇ］回転するステップ運針に適用する際には、ロータ１から図示しない秒針までの減速比を１／１５に設定し、１秒間に１回
毎、ステータコイル部３の導線３ａへの通電方向が切り替わる駆動パルスを印加すれば良い。また、１秒間に秒針が６／Ｂ［ｄｅｇ］（Ｂは２以上の整数でビート数）だけ動作する多ビート運針に適用する際には、ロータ１から秒針までの減速比を１／（１５Ｂ）と設定し、１秒間にＢ回毎、ステータコイル部３の導線３ａへの通電方向が切り替わる駆動パルスを印加すれば良い。このように秒針がステップ運針の時計であっても、多ビート運針の時計であっても、１ステップあたりの消費電力が１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータよりも小さいため、ムーブメントに搭載する電池サイズを小さくできることから、小型のムーブメントが実現可能となる。
【００２２】
また、本実施形態のような構成におけるもう１つの重要な点は、ロータ１を多極にするために４体の異方性磁石を結合した場合であっても、ロータ１周辺の磁束密度分布を正弦波に近い分布にしている点である。このことによって、時計用ステップモータの場合に、ロータ１静止時の耐衝撃性能などの確保のために積極的に利用している保持トルクの振幅や位相などの設定を容易とする効果もあるが、この理由、作用についても最後にまとめて後述する。
また、本実施形態では、予め着磁済みの異方性磁石を接合する構成として、記載しているが、径方向に異方性を有する未着磁の磁石を結合し一体とし、ロータ１を時計用ムーブメントに組み込む前または後で、着磁したとしても構わない。
【００２３】
また、本実施形態のような構成とすることで、ステータ磁極部２の全てのノッチ２ｇやスリット２ｆ、磁極２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅをロータ孔２ａの周方向に全て同一平面上に構成しているため、従来の１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの製造において培われた、非常に精度の良いプレス加工技術の適用が可能であり、これらの位置が非常に精度良く配置できるため、やはり保持トルクの設定が容易である。また、スリット部２ｆによりステータの４個の磁極２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅが全て絶磁されているために、ステータコイル部３に発生した磁束はスリット２ｆからすぐに漏れ出し、ロータ孔２ａ内に磁界として作用して永久磁石であるロータ１に作用し、回転させるトルクを発生させることができる。つまりステータコイル部３からの磁束を無駄なく有効に利用できる。
【００２４】
また、ロータ１は保持トルクにより静的安定位置で毎ステップ毎に減衰振動から停止という動作を繰り返すため、１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］ステップモータで培われた、ステータコイル部３に発生する逆起電圧変化から回転、非回転を判断する技術などの適用は容易である。もちろん、ロータ１を逆回転させる駆動技術などの適用も容易である。
【００２５】
また、本実施形態では、ステータ磁極部２において、スリット２ｆには非磁性体を挟み、レーザー溶接などにより隣り合う磁極同士を接合し、ステータ磁極部２が一体の板状の部品となるように形成されているが、図３のように、４個の磁極２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅをステータ磁極部２の上面（あるいは図示しないが、下面）に積層して配置した非磁性体板２ｈとスポット溶接などにより接合され、一体の部品として形成しても何ら問題はない。
【００２６】
また、図１−１ではステータ磁極部２とステータコイル部３を磁気的に接続するステータ接続部４は、左右で同じ形状をしており、裏返して使用することで部品の共通化できる。
【００２７】
また、ステータ接続部４同士は空間を介して絶磁されている点について補足する。磁束は磁路において経路を無理やり曲げられている箇所において、特に経路を外れて漏れ出すのが一般的である。本実施形態においては、ステータ接続部４の中で上下に重ねられたもの同士の間では、わずかなモレ磁束はあるものの、多くのモレ磁束は発生せずに概ね絶磁されている。ただ、ステータ磁極部２と接続する近傍では、磁路が極端に曲げられるため
ステータ接続部４同士の間でモレ磁束が、比較的多く発生し、ロータ孔２ａに対して有効な磁束が流れる量が減る。これを改善するために、本実施形態の構成では、このようなモレ磁束が多い箇所の空間、隙間を特に増やすことで磁気抵抗を増やし、概ね絶磁されるような工夫をしている。なお、絶磁するためには空間である必要はなく、非磁性体を挟んでも構わない。
【００２８】
また、ステータ磁極部２とステータ接続部４との接続、あるいはステータ接続部４とステータコイル部３の接続方法について補足する。図１−１の黒丸の箇所で接続する方法として、例えば時計用ムーブメント内でよく行われている方法として、黒丸の箇所に両方に穴を開けておき、そこに内ネジを切った軸を通し、ネジによりはさみこむという方法がある。このような接続方法とすることで、ステータ磁極部２とステータ接続部４の各部品、及びステータコイル部３の棒状の軟磁性体が全て板状の部品となるため、比較的安価な加工方法であるプレス加工により形成され、これらを積層することで磁気的な接続がなされる。磁気的に接続する方法はこれに限らず、予めステータ磁極部２と一部のステータ接続部４、あるいはステータコイル部３と一部のステータ接続部４を予めスポット溶接などにより、接続して一体の部品としておいたとしても構わない。例えば図１−１において、最下層にある１部のステータ接続部４とその上層に配置されるステータ磁極部２を一体に、また最上層にある一部のステータ接続部４とその下層に配置されるステータコイル部３を一体になるように、予め溶接しておき、これらの二体を先述したような内ネジを切った軸に通すことで接続するという方法であっても構わない。このように一部を予め溶接などにより一体としておくことで、接続するための部品を削減することができる。また、スポット溶接などの生産時の条件を最適化しておくことで、安定化した磁気的な接続が得られ、ステップモータの性能がより安定化する。
【００２９】
［第１実施形態の変形例１］
第１実施形態の変形例１の電子時計について説明する。本変形例の特徴は、第１実施例では、ステータ磁極部２のスリット２ｆが、この本変形例では磁束飽和部２ｉである点である。
【００３０】
［第１実施形態の変形例１の構成の説明］
第１実施形態の変形例１の電子時計の構成は、図４−１を用い、適宜図４−２、図４−３を参照しながら説明する。図４−１は、第１実施形態の変形例１の電子時計の構成を説明するステータ磁極部２の構成図であり、図４−２、図４−３は図４−１のステータ磁極部２と組み合わせてもよいロータ１の磁石の構成図である。
【００３１】
本変形例のステップモータは、ステータ磁極部２において、４個の磁極２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅはロータ１と概ね同じ高さの板状の軟磁性体に形成されたロータ孔２ａの円周方向を４等分するように形成された磁束飽和部２ｉにより形成され、ステータコイル部３に通電した際、４個の磁束飽和部２ｉが磁束飽和することではじめて絶磁される。また、４個の磁極２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅそれぞれには、凹部であるノッチ２ｇが、やはりロータ孔２ａを円周方向に４等分するように形成されている。４個の磁束飽和部２ｉと４個のノッチ２ｇとは、所定の角度でなすように形成されることで、ロータ１の回転方向が定まる。磁束飽和部２ｉにより隣り合う磁極同士は接合されており、ステータ磁極部２が一体の板状の部品で形成されている点が、第１実施形態と異なるのみである。
【００３２】
ただ、ロータ１の構成については、第１実施形態と全く同じ構成であっても何ら問題はないが、第１実施形態と異なり、径方向に異方性を有しており、径方向に着磁された４体の異方性磁石の異極同士を合わせて、接着等で結合することで、外周に４極の磁極が現れるように一体に形成したものであっても、４体の異方性磁石の結合部に切り欠き１ａを設けなくても構わない。あるいは、２極に着磁された２体の異方性磁石の異極同士を結合し
、外周に４極の磁極が現れるように一体に形成したものであっても構わない。
【００３３】
［第１実施形態の変形例１の作用の説明］
次に本変形例の作用について説明する。しかし、ステータコイル部から発生した磁界により
磁束飽和部が磁束飽和してはじめて４つの磁極２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅが形成され、第１実施形態のスリット２ｆと同様に、磁束飽和部２ｉから磁束が漏れ出し、ロータ孔２ａ内に磁界として作用して永久磁石であるロータ１に作用し、回転させるトルクを発生させること以外は、ロータ１の動作シーケンスは第１実施形態と何も変わらないので、ロータ１の挙動についての説明は省く。
【００３４】
［第１実施形態の変形例１の効果の説明］
ここで、本変形例１の特有の効果についてのみ説明する。本変形例のような構成とすることにより、ステータ磁極部２を軟磁性体板１枚のみで形成できるため、加工、組立コストを下げることができる。
【００３５】
また、ロータ１の外周の磁極を４極にするために４体あるいは２体の異方性磁石を結合しただけの構造であってもよく、第１実施形態のようにロータ１周辺の磁束密度分布を正弦波に近い分布にすることは必須ではなく、やはり加工、組立コストを下げることができる。これは、スリット２ｆの代わりに磁束飽和部２ｉを有するステータ磁極部２の構成の場合は、ロータ１に作用する保持トルクは、ノッチ２ｇによる保持トルクだけが作用するためである。ノッチ２ｇによる保持トルクは、ノッチ２ｇの大きさや設置位置に相関して設計可能であり、後述するようにノッチ２ｇにより生じる保持トルクの波形が、のこぎり波のようなとてもひずんだ波形ではあるが、重ね合わせにより振幅や位相を設定する必要がないことから、保持トルクの設計は比較的容易になると思われる。しかし、やはり後述しているように、ステップモータの低消電化のために、ノッチ２ｇのみで、特に小さな振幅の保持トルクを設定する必要がある場合には、保持トルクの振幅のばらつきを抑え、性能を安定化させることが難しいことがある。そのため、更なる低消電化を求める場合には、第１実施形態のロータ１の構造のように、結合部近傍における磁束密度のロータ１の径方向成分の変化を緩やかにし、概ね正弦波状の磁束密度分布とすることがより望ましい。また、スリット２ｆの代わりに磁束飽和部２ｉを有するステータ磁極部２の構成の場合は、磁束飽和部が磁束飽和するまでは余分な磁束をステータコイル部３により発生させる必要があり、低消費電力化には多少不利と言える。
【００３６】
［第１実施形態の変形例２］
第１実施形態の変形例２の電子時計について説明する。本変形例の特徴は、ステータ磁極部２を一番最下層に配置し、その上層にステータコイル部３を配置し、更にその上層にステータ接続部４を配置している点である。
【００３７】
［第１実施形態の変形例２の構成と作用の説明］
第１実施形態の変形例２の電子時計の構成は、図５を用いて説明する。図５は、第１実施形態の変形例２の電子時計の構成を説明するステップモータの全体構成図である。図５の黒丸は、その箇所においてステータ磁極部２とステータ接続部４を接続、あるいはステータコイル部３とステータ接続部４を接続していることを示している。
【００３８】
本変形例のステップモータは、ステータ磁極部２の上層に、磁気的に接続されたステータコイル部３を配置し、ステータコイル部３の更にその上層に、ステータ接続部４が配置されており、ステータ磁極部２は、ステータコイル部３と磁気的に接続されているだけでなく、ステータ磁極部２とも磁気的に接続されている。ステータコイル部３を挟み込んだことにより生じるステータ磁極部２とステータ接続部４の空隙には軟磁性体により形成さ
れた接続路４ａを有している。接続路４ａはステータ接続部４と一体であっても構わず、接続路４ａはステータ接続部４の構成要件の１つである。ステータ磁極部２の４個の磁極２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅのうち、向かい合う２個の磁極同士（例えば２ｂ、２ｄあるいは２ｃ、２ｅ）を同極とし、ステータコイル部３の棒状の軟磁性体の２つの端部３ｂ、３ｃそれぞれに磁気的に接続するために、向かい合う２個の磁極（２ｃ、２ｅ）に対して、一方のペアはステータ磁極部２により直接、ステータコイル部３の一方の端部３ｃの下側と接続される。そして、もう一方のペアである向かい合う２個の磁極（２ｂ、２ｄ）のうち、１個の磁極２ｂについては、ステータ磁極部２により直接ステータコイル部３のもう一方の端部３ｂの下側と接続されるが、もう一個の磁極２ｄからはステータ磁極部２の上側に配置された接続路４ａを介して、ステータコイル部３の上層に配置されたステータ接続部４に磁気的に接続され、ステータ接続部４により、ステータコイル部３のもう一方の端部３ｂの上側と接続される。
【００３９】
ここで、本変形例の接続路４ａによる磁気的な接続方法について補足する。先述したように接続路４ａはステータ接続部４と一体であっても構わないが、本変形例の接続路４ａは、ステータコイル部３の棒状の軟磁性体と同じ厚みの板状の部品（厚みが同じなら円柱状の部品であっても構わない）であり、ステータ磁極部２の磁極２ｄの上に積層し配置している。そしてその上にステータ接続部４を積層している。
図５の黒丸の箇所に、ステータ磁極部２、接続路４ａ、ステータ接続部４のそれぞれに穴を開けておき、そこに内ネジを切った軸を通し、ネジによりはさみこむことで、時期的な接続をしている。
【００４０】
本変形例の作用については、第１実施形態と何ら変わることがなく、ステータコイル部３からロータ孔２ａに通じる磁路が変わるのみであるため、作用についての説明は省く。
【００４１】
［第１実施形態の変形例２の効果の説明］
ここで、本変形例２の特有の効果についてのみ説明する。本変形例のような構成とすることにより部品点数が削減し、ネジなどで固定する箇所が少なく、組立が容易になるとなり、コストもさがる。また、ロータ孔２ａを有するステータ磁極部２が最下層となるため、図示しない時計用ムーブメントの地板に対してステータ磁極部２とロータ１との高さの位置関係を出し易く、ロータ１の回転軸に対して偏芯などの影響を小さくすることができる。
【００４２】
また、接続路４ａは、ステータコイル部３の棒状の軟磁性体と同じ厚みの板状の部品のため、ステータ磁極部２と接続路４ａ及びステータ接続部４、ステータコイル部３の棒状の軟磁性体を全て、比較的安価な加工方法であるプレス加工により形成できる。また、仮に接続路４ａとステータ接続部４が一体の部品とした場合には、例えば鍛造などによりステータ接続部４のみを薄くした一体品として形成でき、安価な加工方法でできるだけでなく、ステップモータを構成する部品点数を更に減らすことができる。
【００４３】
［第２実施形態］
第２実施形態電子時計について説明する。本実施形態の特徴は、第１実施形態と異なり、ロータ、ステータとも６極であり、１つのコイルにより駆動されることであり、ステータ磁極部２は６個のスリット２ｆによって同一平面上に形成されている点であり、その他の特徴は第２実施形態と同じである。
【００４４】
［第２実施形態の構成と作用の説明］
第２実施形態の電子時計の構成は、図６−１、図６−２を用いて説明する。図６−１は、第２実施形態の電子時計の構成を説明するステップモータの全体構成図であり、図６−２はロータ周辺の拡大図であり、ロータに示した６つの矢印は磁石内部の磁界の方向（磁気
ベクトル方向）を表している。
【００４５】
本実施形態のステップモータは、一周あたり６極（磁極対数をｐとした時２ｐ極。本実施形態ではｐ＝３の場合）に着磁された永久磁石よりなるロータ１と、ロータを回転自在に支持するロータ孔２ａの円周方向に等間隔に形成された６個（磁極対数をｐとした時２ｐ極。本実施形態ではｐ＝３の場合）の磁極２ｊ、２ｋ、２ｌ、２ｍ、２ｎ、２ｏを同一平面上に有する軟磁性体よりなるステータ磁極部２と、ロータ１の回転軸と垂直方向が長手方向となる棒状の軟磁性体に導線３ａを何重にも巻き回し、導線３ａに流す電流の方向に応じた磁極が２つの端部３ｂ、３ｃに現れるステータコイル部３と、ステータ磁極部２の６個の磁極２ｊ、２ｋ、２ｌ、２ｍ、２ｎ、２ｏのうち、円周方向に１つおきに形成された磁極同士（例えば、２ｊと２ｌと２ｎ、もう一方を２ｋと２ｍと２ｏ）を同極とするよう磁気的に接続し、更にステータコイル部３の２つの端部３ｂ、３ｃと、それぞれ磁気的に接続する軟磁性体よりなるステータ接続部４と、よりなることを特徴とする。このように、この変形例の違いは、スリット、ノッチ、ステータの磁極、ロータの磁極が４個であったものを６個にかわっているために、ロータ１は、６体の異方性磁石により構成していることのみであり、磁石同士の結合部に切り欠き１ａを設けることなど、その他構成は第１実施形態と全く同じであるため、これら構成についての説明は省く。また、ロータ１が１ステップする挙動はロータの回転角度が９０［ｄｅｇ］から６０［ｄｅｇ］になっているものの、全く同じである。そのため、作用についての説明も省く。
【００４６】
［第２実施形態の効果の説明］
ここで、第２実施形態の効果について説明する。本実施形態のような構成とすることにより、時計用ムーブメント中において、大きな体積を占めるステータコイル部３を２つ以上もつことなく、１つのステータコイル部３であってもロータ１を６０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］動作が可能である。また、第１実施形態と同様に、小さなロータ１の全体積から発生する磁束をほとんど全て有効に利用しており、ロータ１とステータコイル部３との間の相互作用を極力大きくなるように構成している。このため、エネルギー利用効率が改善されることで、１ステップあたりの消費電力を１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータよりも小さくすることができる。磁極対数ｐが第１実施形態の場合２であったものを、３に読み替えるのみである。ステータ接続部４が左右で共通化できる点も同じである。
【００４７】
ただ、時計用ステップモータにおいては、低消電化のために、永久磁石であるロータ１の直径は１０００[ｕｍ]程度と非常に小さいものが一般的に用いられている。そのため、ロータ１の磁極を増やしたとしても、４極程度までが現実的に構成可能であり、このような６極以上の構造は理論上可能性は考えられるが、永久磁石の小型化による反磁界の影響がより大きくなってしまい、設計どおりの磁力が得られないことや、時計用ステップモータにとって、重要な設計値である保持トルクの値についても、狙ったような値にすることは非常に困難であると予測される。そのため、第１実施形態の４極の構成が、時計用ステップモータにおいては、実現可能性も高く、更に、低消電化や小型化といった効果を得るには、最適な構成である。将来小型の磁石であっても６極以上に構成する際の課題を解決される場合や、あるいは磁石直径をより大きく出きる用途の場合には、このような構成による低消電力化と小型化の効果の可能性が考えられる。
【００４８】
以上、第１実施形態、及びその２つの変形例から第２実施形態の電子時計について、個別に構成と作用及び効果を説明した。ここで、各実施形態に共通する内容であり、これまで各実施形態の説明において、後述するとしてきた、ロータに作用するトルク、及びロータの磁石周辺の磁束密度（径方向成分）分布、更に低消電化の理由について、順番に詳述する。
【００４９】
［ロータに作用するトルクについての説明］
まず、後述する低消電化についての説明に必要となる、９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合のロータに作用するトルクについて、図７−１、図７−２を用いて説明する。図７−１は、ロータに作用するトルク波形図であり、横軸はロータの回転角度［ｄｅｇ］、縦軸はトルクをあらわしている。細い破線５ｃはステータコイル部に対して電流を無通電時に、ロータを回転させた時に作用する保持トルクであり、細い実線５ｂは保持トルクが作用しないと仮定した場合に一定電流をステータコイル部に通電させた時にロータに発生する駆動トルクであり、太い実線５ａは駆動トルクと保持トルクの和で一定電流をステータコイル部に通電した時に、ロータに作用するトルクである。時計用のステップモータの一般的な駆動方法では、ロータが０［ｄｅｇ］位置から、θａ［ｄｅｇ］位置までステータコイル部に通電することで、駆動トルクが保持トルクを上回るようなトルクを発生させ、θａ［ｄｅｇ］位置から、θｂ［ｄｅｇ］位置までは通電を止め、保持トルクのみによってロータを回転させることで、低消電化を図っている。つまり一点鎖線の矢印５ｄのような正の回転トルクにより、ロータはθｂ［ｄｅｇ］まで正回転を続ける。図７−２は、図７−１に用いていたロータに作用する保持トルク波形図であり、やはり横軸はロータの回転角度［ｄｅｇ］、縦軸はトルクをあらわしている。細い破線５ｇはステータコイル部に対して電流を無通電時に、ロータを回転させた時にノッチのみを設けることで、ロータに作用する保持トルクであり、細い実線５ｆはスリットのみを設けることでロータに作用する保持トルクであり、太い実線５ｅは両方の保持トルクを「重ね合わせ」た結果であり、スリットとノッチの両方を設けた場合に最終的にロータに作用する保持トルクである。時計用ステップモータの場合には、特にロータ静止時に耐衝撃性能などの確保のために、保持トルクを積極的に利用しており、モータの設計者は、ロータ回転時の消費電力を考慮しながら、この保持トルクの位相や振幅を調整、設計する。特にスリットやノッチの寸法は、製造装置の耐久性や加工精度、ばらつきなどの観点から小さく設定することは困難な場合が多いが、スリットやノッチの寸法を大きく設定しても、この「重ね合わせ」により、保持トルクは大きな振幅から小さな振幅まで自在に設計が可能である。何故なら、スリットやノッチの幅はそれぞれの保持トルクの振幅に相関があり、スリットとノッチを設ける角度によって、任意の位相位置を静的安定位置、つまり保持トルクがゼロとなる位置であり、ロータ磁石の磁気ベクトルがその角度方向を向いて静止する位置、に設定可能だからである。特に保持トルクはロータ回転時には大きな負荷として作用するため、特に低消電が求められる場合には小さな振幅になるように設定することもあり、その場合に保持トルクの振幅のばらつきを抑え、性能を安定化させるのに、非常に有用な設計方法である。
【００５０】
駆動トルクＴｋ（θ、ｔ）は電気機械結合係数にステータコイル部に通電する電流ｉ（ｔ）を掛けたものとしてあらわされ。また電気機械結合係数にロータ回転速度ω（ｔ）を掛け合わせたものが逆起電圧Ｖ（θ、ｔ）である。ここで、駆動トルクと逆起電圧の両方に関連する電気機械結合係数について、９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合を例にして説明する。
【００５１】
Ｎ：コイル巻数  φ（θ）：コイル鎖交磁束量  θ：ロータ回転角度  θ０：初期位相角（保持トルクにより設定されたロータ磁石の回転初期位置と磁束φ（θ）が最大となる回転位置との角度差で、回転させる方向にロータの回転初期位置をずらしている角度）と設定した場合、電気機械結合係数ＫはK（θ）＝Ｎ×（ｄφ（θ）／ｄθ）とあらわされる。
ロータ、ステータが４極（２磁極対）の９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合、
φ（θ）＝φ×ｃｏｓ｛２（θ＋θ0）｝
図７−１において、θｋ＝９０［ｄｅｇ］、θ０＝２２．５［ｄｅｇ］程度である。
一方、ロータ、ステータが２極（１磁極対）の１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合は
φ（θ）＝φ×ｃｏｓ（θ＋θ0）
図７−１において、θｋ＝１８０［ｄｅｇ］、θ０＝４５［ｄｅｇ］程度である。
ここで、φはコイル鎖交磁束量φ（θ）の振幅であるが、本発明の９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの構成では、４分割した磁力の強い異方性磁石を１体に再結合した構成とし、１体となった磁石から発生する全ての磁束を有効に、導線を非常に多く巻き回した１つ（単相の）ステータコイル部を鎖交させるステータ構造としている。そして、ステータ磁極部とロータの磁石との隙間量を調整し、磁石を再結合したことによる磁力の低下を補うことで、ロータの慣性量を増加させることなく、１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータで得られていた振幅φと同じ値に設定することができる。ただし、径の小さいロータの場合、６極以上になると隙間量の調整だけでは、１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータで得られていた振幅φと同程度にすることがだんだん難しくなり、隙間量を小さくし過ぎるとロータ回転軸やロータ孔の偏心による影響も大きくなってきてしまう。φを同程度に設定できるのであれば、９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータのＫ（θ）の振幅は単純に磁極対数倍（ここでは２倍）になる。このように駆動トルクと逆起電圧の振幅が２倍になることで、後述するようにエネルギー利用効率を改善することができる。
【００５２】
続いて、ロータが１ステップ回転する間の前半においては大きな負荷となるが、後半においては、ロータの回転力を補助するように作用する保持トルクＴｈについて、やはり、９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合を例にして説明する。
ロータが４極（２磁極対）の９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合、
Ｔｈ（θ）＝Ｔｈ×ｓｉｎ４θ
図７−２において、θａ＝４５［ｄｅｇ］、θｂ＝９０［ｄｅｇ］である。
一方、ロータが２極（１磁極対）の１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合は
Ｔｈ（θ）＝Ｔｈ' ×ｓｉｎ２θ
図７−２において、θａ＝９０［ｄｅｇ］、θｂ＝１８０［ｄｅｇ］である。
保持ポテンシャルエネルギーはＴｈ（θ）の角度積分であり、９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータと１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータとで、この保持ポテンシャルの値を同じに設定するには、Ｔｈ＝２Ｔｈ'とすれば良い。９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータをステップ運針に用いる場合、秒針までの減速比は１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合の１／３０に対して、分母は半分の１／１５となる。しかし、このように設定することで、時計用ステップモータで求められる重用な性能である耐衝撃性能などを９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータにおいても、１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータと同程度とすることが可能である。
【００５３】
このように、本発明の構成の９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータでは、１ステップあたりのロータ回転角度を半分にし、駆動トルク（及び逆起電圧）、保持トルクとも振幅を２倍としている。
［ロータの磁石周辺の磁束密度（径方向成分）分布についての説明］
続いて、先述したような保持トルクの振幅や位相の調整、設計をするのに重要なロータの磁石周辺の磁束密度（径方向成分）分布について、４体の異方性磁石を一体に結合したロータ磁石の場合を例に、図８−１、図８−２説明する。図８−１の左図は、径方向に異方性を有しており、径方向に着磁された４体の異方性磁石を結合した一体にしたロータ磁石構造を示しており、右図はその場合のロータの磁石周辺の磁束密度分布図であり、横軸はロータ周方向の角度ψで０［ｄｅｇ］から３６０［ｄｅｇ］まで表しており、縦軸は磁束密度（径方向成分）である。図８−２の左図は、径方向に異方性を有しており、径方向に着磁された４体の異方性磁石を結合した一体にし、更に結合部に切り欠きを設けた場合のロータ磁石構造を示しており、右図はその場合のロータの磁石周辺の磁束密度分布図であり、やはり、横軸はロータ周方向の角度ψで０［ｄｅｇ］から３６０［ｄｅｇ］まで表
しており、縦軸は磁束密度（径方向成分）である。
【００５４】
１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータで用いている異方性の２極磁石の場合には、ロータ磁石の磁束密度（径方向成分）の分布は、基本波成分のみの正弦波ｓｉｎψであった。そのため、ロータ磁石から発生する磁束の二乗に比例する保持トルクは、基本波の２倍高調波成分のみの正弦波ｓｉｎ２ψの成分のみとなる。そのため、先述したように保持トルクを設計する際、スリットによる保持トルクとノッチによる保持トルクとは、２倍高調波成分のみの正弦波の重ね合わせにより設定されていた。
【００５５】
しかし、分割した異方性磁石４体を単純に一体に結合しただけの場合、結合部において磁束密度（径方向成分）の分布は急激に変化し、図８−１のような分布でとなる。この分布は、基本波が今の場合ｓｉｎ２ψであるため、その成分に３倍高調波であるｓｉｎ６ψの成分が足し合わされたような波形である。先述したように磁束の二乗に保持トルクは比例することから、保持トルクは基本波の２倍高調波（今の場合ｓｉｎ４ψ）と基本波の４倍高調波（今の場合ｓｉｎ８ψ）と基本波の６倍高調波（今の場合ｓｉｎ１２ψ）など、多くの高調波成分が重ね合わさった、ひずんだ波形となる。とくに、分割した異方性磁石４体を単純に一体に結合しただけの場合には、特に基本波の４倍高調波成分（今の場合ｓｉｎ８ψ）の振幅は無視できないほど大きく、スリットやノッチにより生じるそれぞれの保持トルクは、のこぎり波のような波形となってしまう。そのため、スリットによる保持トルクとノッチによる保持トルクとを重ね合わせて設計しようとしても、所望の保持トルクの位相と振幅に設定することが困難で、基本波の４倍高調波成分が互いに打ち消されるわけではなく、強め合って保持トルクの波形に現れてしまう。
【００５６】
このように保持トルクの設計に重要な影響を及ぼすロータの磁束密度（径方向成分）の分布は重要である。そこで、本発明の第１実施形態においては、図８−２のような基本波のみの正弦波に近い磁束密度（径方向成分）の分布を持たせるために、結合部の磁束密度分布の変化を弱める目的で、結合部近傍で磁石径が小さくなるように切り欠きを設けることをしている。磁束密度分布を基本波のみの正弦波形状に近づけることで、保持トルクの設計は１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相モータの場合と同様に容易となる。もちろん、結合部での磁束密度分布の変化を和らげるための方策として、切り欠きを設ける代わりに、あらかじめ結合箇所近傍の着磁磁界強度を弱めておくなどしても構わない。
【００５７】
［低消電化の理由についての説明］
最後に、９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータを例として用い、本発明の構造のモータが、従来の１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータと比較して、１ステップあたりの消費エネルギーが少ない理由について説明する。
【００５８】
理由は以下の２つである。（１）回転角度が半分で済むため、その分だけ輪列などの摩擦負荷を駆動するための入力エネルギーを必要としない。（２）ロータ磁極が４極（２極対）になることと合わせて、先述したような本発明のロータ、ステータ構造とすることで、ロータの磁石の慣性量及び、１つのステータコイル部を鎖交する磁石からの磁束量と、ステータコイル部のコイル巻数とを、従来の１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータと同程度にできるため、駆動トルク振幅及び逆起電圧振幅だけを単純に磁極対倍だけ増やすことが可能となり、エネルギー利用効率（過渡応答中の出力エネルギー瞬間最大値／入力エネルギー）を改善できる。このエネルギー利用効率の改善について、簡易計算により従来の１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータに対して、９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータを比較検証する。今、説明に用いるパラメータを以下のように設定する。
【００５９】
Ｎ：コイル巻数  φ（θ）：コイル鎖交磁束量  θ：ロータ回転角度  θ０：初期位相
角
Ｒ：コイル抵抗  ｅ：印加電圧（ただし、チョッパ駆動でＶｄｄ＊ｄｕｔｙ）  Ｊ：慣性量
ｉ：電流  ω：ロータ回転平均速度
ただし、ｉやωは１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合に、
最小エネルギーで駆動した際の値とする。
【００６０】
Δθ：初速０からωｍａｘになるまでのロータ移動回転角度で、平均速度をωとする。
【００６１】
仮にωが同じとすると９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータのΔθは、
１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの０．５倍となる。
【００６２】
今、簡易設定としてロータ回転速度は０からωｍａｘまで通電時間Δｔ間に
線形的に上昇するとした場合、
ω＝ωｍａｘ／２    Δｔ＝Δθ／ω（Δθが０．５倍ならΔｔも０．５倍）
Ｋ：電気機械結合係数  Ｔｈ：保持トルク
先述したように、９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの電気機械結合係数
１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合の単純に磁極対数倍（２倍）。
【００６３】
保持トルクも、先述したように保持ポテンシャルをそろえることで、
９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの振幅は２倍
以上の設定をして、次にトルクと電圧の釣り合いを考える。なお、電圧の釣り合いではインダクタンスの影響はここでは無視する。また、簡易検証のため各値は定数として扱う。
【００６４】
Ｋ＊ｉ＝Ｊ＊（（ωｍａｘ−０）／Δｔ）＋Ｔｈ＝Ｊ＊２＊（ω＾２／Δθ）＋Ｔｈ
ｅ＝Ｋ＊ω＋Ｒ＊ｉ
仮に、ωが１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合の値と同程度（１倍）とした場合、トルクの釣り合いから、９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合、先述のようにＫ、Ｔｈが２倍、Δθが０．５倍になるが、やはり、ｉは１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合の値と同程度（１倍）となる。
【００６５】
次に電圧の釣り合いから、Ｋが２倍となったとしても、ｅつまりｄｕｔｙを調整する（上げる）ことで、ω、ｉは１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合の値と同程度（１倍）に設定することは可能であることが確認できる。つまり、１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合  ｅ＝K＊ω＋R＊ｉ  が、仮に  １．０  ＝  ０．５  ＋  ０．５  であったとすると、９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合、ｅを調整する（増やす）ことで、  １．５  ＝  ２＊０．５  ＋  ０．５＊１．０
とすることができるため、ω、ｉは１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］ステップモータの場合の値と同程度（１倍）とすることができる。
【００６６】
つづいて、エネルギーの釣り合いを考えると、９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合、電圧の釣り合いの式の両辺に、ｉ（１倍）＊Δｔ（０．５倍）をかければ良いので、
1.５＊１．０＊０．５  ＝  ２＊０．５＊１．０＊０．５  ＋  ０．５＊１．０＊１．０＊０．５  つまり、
０．７５  ＝  ０．５  ＋  ０．２５  （入力エネルギー  ＝  出力エネルギー  ＋  
損失）
これに対して、１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合は、
１．０＊１．０＊１．０  ＝  ０．５＊１．０＊１．０  ＋  ０．５＊１．０＊１．０
つまり、
１．０  ＝  ０．５  ＋  ０．５  （入力エネルギー  ＝  出力エネルギー  ＋  損失）
なので、９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの方が、入力エネルギーが少ない。このような簡易検証により、本発明の構造を有する９０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合、１８０［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］単相ステップモータの場合と比較して、回転角度を小さくする変わりに、トルクを大きくすることで、エネルギー利用効率（過渡応答中の出力エネルギー瞬間最大値／入力エネルギー）を改善できることがわかる。回転角度が小さくなった分はロータから秒針までの減速比を小さくすれば良い。減速比を小さくしてもトルクの振幅はその分大きくなっている。ただし、実際には（１）の入力エネルギー低減効果も合わさってくることや、各変数が定数ではないことや、インダクタンスの影響もあり、上記のような簡易検証のような比率でエネルギー効率が改善されるわけではない。
【符号の説明】
【００６７】
１  ロータ
１ａ    切り欠き
２  ステータ磁極部
２ａ、  ロータ孔
２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ  ４個の磁極
２ｆ  スリット
２ｇ  ノッチ
２ｈ  非磁性体板
２ｉ  磁束飽和部
２ｊ、２ｋ、２ｌ、２ｍ、２ｎ、２ｏ  ６個の磁極
３  ステータコイル部
３ａ  導線
３ｂ、３ｃ  端部
４  ステータ接続部
４ａ  接続路
５ａ  太い実線、駆動トルクと保持トルクの和で一定電流通電時、ロータに作用するトルク
５ｂ  細い実線、一定電流通電時の駆動トルク
５ｃ  細い破線、保持トルク
５ｄ  一点鎖線の矢印
５ｅ  太い実線、両方の保持トルクを「重ね合わせ」た結果
５ｆ  細い実線、スリットのみを設けることで作用する保持トルク
５ｇ  細い破線、ノッチのみを設けることで作用する保持トルク
【図１−１】
2013198247.tif 000003
【図１−２】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
2013198247.tif 000009
【図５】
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【図６−１】
2013198247.tif 000011
【図６−２】
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【図７−１】
2013198247.tif 000013
【図７−２】
2013198247.tif 000014
【図８−１】
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【図８−２】
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